[论文解读] $ exttt{Spglib}$: a software library for crystal symmetry search

Atsushi Togo, Shinohara, Kohei+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2018

X-ray Diffraction in Crystallography被引用 104

一句话总结

本文介绍了 Spglib 的算法与实现。Spglib 是一个 BSD 许可的 C 库（带 Python 绑定），用于从失真输入结构中检测晶体对称性和空间群运算。

ABSTRACT

A computer algorithm to search symmetries of crystal structures as implemented in the exttt{spglib} code is described. An iterative algorithm is employed to robustly identify space group types tolerating a certain amount of distortion in the crystal structures. The source code is distributed under the 3-Clause BSD License, a permissive open-source software license. This paper focuses on the algorithm for identifying the space group symmetry of the crystal structures.

研究动机与目标

• 提供一种实用的方法，在考虑畸变容差的情况下从输入的单胞推断晶体对称性。
• 描述一个迭代算法，产生与某一空间群类型对应的空间群运算。
• 解释原始胞搜索、空间群搜索和 Hall 符号匹配是如何集成的。
• 在 Spglib v1.10.4 中记录实现细节、数据结构和核心变换例程。

提出的方法

• 容忍畸变的迭代对称性搜索，用以在相对于平移的意义上识别空间群的陪集代表。
• 执行原始胞搜索以确定平移群和原始胞基底向量。
• 通过穷举候选旋转矩阵和平移分量来搜索晶格点群运算和空间群运算。
• 利用 Laue 类信息在原始胞与常规胞之间进行变换，以识别 Hall 符号和空间群类型。
• 通过去畸变、确定 Wyckoff 位置以及重建空间群运算的矩阵表示来完成。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在给定容差下对失真晶体结构稳健地确定其空间群？
• RQ2 将原始胞结果转换为常规设置并识别 Hall 符号的步骤是什么？
• RQ3 如何去除畸变并确定 Wyckoff 位置以完成空间群描述？
• RQ4 变换矩阵和原点移位在将计算结果与《国际表格》约定对齐中起什么作用？

主要发现

• 一个迭代框架在给定容差内对失真输入结构拟合得到空间群运算。
• 原始胞搜索随后进行晶格点群和空间群运算搜索，从而实现相对于平移的陪集确定。
• 基于 Hall 符号的识别通过转换到常规胞和预计算的矩阵表示来实现。
• 最终化重新构建输入单胞的对称运算并推导 Wyckoff 位置与原点。